近年來，隨著電動汽車和5G通信等新興產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，第三代半導(dǎo)體材料如碳化硅和氮化鎵受到了廣泛關(guān)注。然而，在這些材料中，金剛石以其獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，被視為下一代功率器件最有希望的候選材料。金剛石不僅具有極高的禁帶寬度（5.5eV）、熱導(dǎo)率（2000 W/m?K）和擊穿場強(qiáng)（>10 MV/cm），還具備穩(wěn)定的化學(xué)特性和極強(qiáng)的抗輻照性能，使得它在高能量密度領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，盡管金剛石的性能卓越，其襯底的拋光技術(shù)卻面臨諸多挑戰(zhàn)，成為制約其工業(yè)化應(yīng)用的重要瓶頸。金剛石襯底的拋光不僅關(guān)乎其表面質(zhì)量，還直接影響到后續(xù)外延層的結(jié)晶質(zhì)量，進(jìn)而影響整個器件的性能。本文將探討金剛石襯底拋光中的“煩惱”，并介紹當(dāng)前研究中的一些解決方案。

       01金剛石襯底：拋光技術(shù)“上大分”

       在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，高質(zhì)量的金剛石襯底是制備高性能器件的前提。拋光技術(shù)在這一過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。一方面，拋光可用于制備CVD法同質(zhì)外延生長單晶金剛石的籽晶，籽晶的表面質(zhì)量直接影響單晶金剛石的生長質(zhì)量；另一方面，拋光后的高質(zhì)量單晶金剛石襯底，要求保持面型和納米級的粗糙度，同時避免表面及亞表面損傷，以確保外延層能夠均勻、高質(zhì)量地生長。然而，金剛石的高硬度和硬脆特性使得其拋光過程異常復(fù)雜。傳統(tǒng)的拋光方法往往難以實(shí)現(xiàn)對金剛石表面的原子級粗糙度控制，限制了金剛石在高端領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，如何高效地拋光金剛石襯底，成為科研人員亟待解決的問題。

       02金剛石拋光的“煩惱”

       金剛石的極高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性，使得其拋光過程充滿了挑戰(zhàn)。金剛石表面的微小不平整和雜質(zhì)會嚴(yán)重影響其光學(xué)和電子性能，而傳統(tǒng)的拋光方法往往難以達(dá)到理想的拋光效果?；瘜W(xué)機(jī)械拋光（CMP）作為一種高精度、低損傷的拋光技術(shù)，雖然適合金剛石的精拋光，但金剛石極佳的化學(xué)穩(wěn)定性卻大大降低了拋光效率。

       具體來說，金剛石拋光面臨以下幾個主要問題：

       難以實(shí)現(xiàn)原子級粗糙度控制：金剛石的硬度極高，傳統(tǒng)的拋光方法難以實(shí)現(xiàn)對金剛石表面的原子級粗糙度控制，導(dǎo)致拋光后的表面質(zhì)量不穩(wěn)定。

       拋光效率低：金剛石極佳的化學(xué)穩(wěn)定性使得拋光過程中的化學(xué)反應(yīng)難以進(jìn)行，從而降低了拋光效率。

       表面及亞表面損傷：在拋光過程中，機(jī)械磨削作用容易導(dǎo)致金剛石表面及亞表面產(chǎn)生損傷，影響器件的性能。

       03解決方案與創(chuàng)新

       為了克服金剛石拋光的這些“煩惱”，科研人員不斷探索新的拋光方法和工藝。例如，一些研究人員采用芬頓試劑對金剛石進(jìn)行拋光，但這種方法存在氧化速度過快、反應(yīng)難以長時間維持等問題。針對這些問題，研究人員開發(fā)了一種新的拋光方法，通過使用微溶于水的鐵鹽來實(shí)現(xiàn)鐵源的供給，從而在雙氧水的存在下實(shí)現(xiàn)羥基自由基的穩(wěn)定供應(yīng)，有效去除金剛石表面的雜質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)對金剛石表面的原子級粗糙度控制。此外，隨著科技的進(jìn)步和工藝的創(chuàng)新，金剛石拋光技術(shù)正朝著更高效、更環(huán)保、更精準(zhǔn)的方向發(fā)展。例如，溶膠-凝膠（SG）拋光工具在極硬半導(dǎo)體拋光領(lǐng)域展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，通過其柔性拋光的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對大尺寸單晶金剛石襯底的超精密拋光。雖然這種方法在拋光效率上仍有待提升，但其為金剛石拋光提供了新的思路和技術(shù)路徑。

       參考文章：國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng) 溫海浪等：大尺寸單晶金剛石襯底拋光技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望